Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте (1103904), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Ìîäåëü â öåëîì ðåàëèñòè÷íî âîñïðîèçâîäèò ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè Tskin ïî÷âû (òåìïåðàòóðûãðàíèöû ðàçäåëà ïî÷âàñíåã ïðè íàëè÷èè ïîñëåäíåãî). Äëÿ ñðåäíåãîäîâûõçíà÷åíèé Tskin ( ðèñ. 8) òàêæå ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ â öåëîì õîðîøîñîãëàñóþòñÿ ñ äàííûìè íàáëþäåíèé äëÿ áîëüøèíñòâà ðåãèîíîâ.

Ïî ìîäåëüíûìè îöåíêàì îòìå÷àåòñÿ çàâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè ïî÷âû âöåíòðàëüíîé Àðèêå è íà ñåâåðå Ñèáèðè.Ïðè óâåëè÷åíèè ñîäåðæàíèÿ óãëåêèñëîãî ãàçà â àòìîñåðå âíå òðîïèêîâ íàáëþäàåòñÿ çàìåòíîå ïîòåïëåíèå ñóøè. Îíî â öåëîì áîëüøå çèìîé, ÷åì ëåòîì è âîçðàñòàåò ïðè ðîñòå ãåîãðàè÷åñêîé øèðîòû. àçíîñòüðàâíîâåñíûõ çíà÷åíèé ìåæäó ýêñïåðèìåíòàìè 2CO2 è PI ìàêñèìàëüíà âÿíâàðå â Åâðàçèè (ïðàêòè÷åñêè íà âñåé òåððèòîðèè ìàòåðèêà ïîòåïëåíèåïîâåðõíîñòè ñîñòàâëÿåò 57 o C) è â Ñåâåðíîé Àìåðèêå (> 10o C íà ñåâåðîâîñòîêå êîíòèíåíòà).  ñðåäíåì çà ãîä íàèáîëüøåå ïîòåïëåíèå ïðåâûøàåò5 o C â âîñòî÷íîé Ñèáèðè è íà ñåâåðå Ñåâåðíîé Àìåðèêè.

Äëÿ äîèíäóñòðèàëüíîãî ðåæèìà ðàñïðåäåëåíèå ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ (ðèñ. 9) â öå16ëîì ñîãëàñóåòñÿ ñ íàáëþäåíèÿìè.  ÷àñòíîñòè, â îòëè÷èå îò âåðñèè ìîäåëèñ óïðîùåííîé ñõåìîé òåðìîèçèêè ïî÷âû è íå ó÷èòûâàþùåé îðîãðàèè,âå÷íàÿ ìåðçëîòà â íàñòîÿùåé âåðñèè ÊÌ ÈÔÀ ÀÍ âîñïðîèçâîäèòñÿ è âÒèáåòå. Îáùàÿ ïëîùàäü ðàñïðîñòðàíåíèÿ âå÷íîé ìåðçëîòû äëÿ äîèíäóñòðèàëüíîãî ñîñòîÿíèÿ ìîäåëè ñîñòàâëÿåò îêîëî 21 ìëí.

êì2 . Ïðè ýòîìõàðàêòåðíûå ãëóáèíû ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ â ÊÌ ÈÔÀ ÀÍ ñîñòàâëÿþòäî 2 ì â âîñòî÷íîé è çàïàäíîé Ñèáèðè, íà Òèáåòå è â Ñåâåðíîé Àìåðèêåè 23 ì â öåíòðàëüíîé Ñèáèðè. Äëÿ ñîâðåìåííîãî ðàâíîâåñíîãî ðåæèìà(ýêñïåðèìåíò PD) ïî ñðàâíåíèþ ñ äîèíäóñòðèàëüíûì ðåæèìîì âûÿâëåíàñóùåñòâåííàÿ äåãðàäàöèÿ âå÷íîé ìåðçëîòû íà Àëÿñêå. Ñëåäóåò îòìåòèòü,÷òî ïî äàííûì íàáëþäåíèé èìåííî â ýòîì ðåãèîíå íàáëþäàåòñÿ ñîêðàùåíèå ïëîùàäè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ. Ïëîùàäüðàñïðîñòðàíåíèÿ âå÷íîé ìåðçëîòû ñîêðàùàåòñÿ òàêæå â çàïàäíîé Ñèáèðè.  ðÿäå äðóãèõ ðåãèîíîâ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâíåñêîëüêî óâåëè÷èâàåòñÿ ãëóáèíà ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ.

Òàê, â çàïàäíîéÑèáèðè è â Ñåâåðíîé Àìåðèêå ýòà ãëóáèíà âîçðàñòàåò äî 0,52,0 ì. Îáùàÿ ïëîùàäü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ ñîêðàùàåòñÿäî ≈ 15 ìëí. êì2 (òàáë. 1).Òàáëèöà 1. Îáùàÿ ïëîùàäü ðàñïðîñòðàíåíèÿ âå÷íîé ìåðçëîòû Sp , ïëîùàäü ñóøè, ïîäâåðæåííîé ñåçîííîìó ïðîìåðçàíèþ Ssf è ïëîùàäü ñíåæíîãî ïîêðîâà â åâðàëå Ss,II , ìëí.

êì2 .Íàáëþäàòåëüíûå îöåíêèSp10,722,8 (Zhang et al., 1999)SsfSp + Ssf54,4±0,7 (Zhang et al., 2003)Ss,II46,0±2,0 (Robinson et al., 1993)43,2 (Ìîõîâ, 1993) ðàçäåëå 4.3PI21,4±0,334,0±1,455,4±1,447,2±2,4PD2CO214,9±0,3 5,4±0,236,1±1,7 38,7±1,451,1±1.6 44.1±1,442,3±1,6 35,7±1,1àíàëèçèðóþòñÿ ðåçóëüòàòû ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâñ ïðåäïèñàííûì â ìîäåëè ïðîñòðàíñòâåííûì ðàñïðåäåëåíèåì òèïîâ ïî÷â.Ïðè íåó÷åòå òîðÿíîãî ñëîÿ â áîëîòíûõ ýêîñèñòåìàõ òåìïåðàòóðà ñêèíñëîÿ ïî÷âû ïðàêòè÷åñêè íå ìåíÿåòñÿ. Îäíàêî â ðåãèîíàõ ðàñïðîñòðàíåíèÿ áîëîò îòìå÷àåòñÿ ñèëüíîå óâåëè÷åíèå ãëóáèí ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ(òèïè÷íî íà 0,51,0 ì).

Óìåíüøàåòñÿ îáùàÿ ïëîùàäü ðàñïðîñòðàíåíèÿ17èñ. 8. Ñðåäíÿÿ äëÿ ïîñëåäíèõ 50 ëåò ÷èñëåííîãî ýêñïåðèìåíòà PD òåìïåðàòóðà Tskin (â ãðàäóñàõ Öåëüñèÿ) ïîâåðõíîñòè ïî÷âû (ïîä ñíåãîì ïðè íàëè÷èè ïîñëåäíåãî) â ÊÌ ÈÔÀ ÀÍ(à), à òàêæå ñðåäíÿÿ äëÿ 19582001 ãã. òåìïåðàòóðà âåðõíåãî ñëîÿ ïî÷âû (07 ñì) ïî äàííûìERA40 (á) â ñðåäíåì çà ãîäèñ. 9. Ñðåäíèå äëÿ ïîñëåäíèõ 50 ëåò ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ PI è 2CO2 (à è á ñîîòâåòñòâåííî) ãëóáèíû ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ (â ìåòðàõ).18ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ. ïðè ýòîì âîçðàñòàåò îáùàÿ ïëîùàäü ñóøè,ïîäâåðæåííàÿ ñåçîííîìó ïðîìåðçàíèþ. Ïðè äîïîëíèòåëüíîì íåó÷åòå ïðîñòðàíñòâåííîé íåîäíîðîäíîñòè ïî÷â îòìå÷àåòñÿ ðîñò òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè çèìîé â ðåãèîíàõ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïåñ÷àíûõ ïî÷â. Íàèáîëåå çíà÷èìýòîò ýåêò íà Ëàáðàäîðñêîì ïîëóîñòðîâå è íà âîñòîêå Àçèè, ãäå çèìíååïîòåïëåíèå ïîâåðõíîñòè äîñòèãàåò 0,52,0 Ê.

Âî âëàæíûõ ðåãèîíàõ ñòàòèñòè÷åñêè çíà÷èìî âîçðàñòàåò ñðåäíåãîäîâîé ñòîê. Ïðè äîïîëíèòåëüíîìíåó÷åòå ñëîÿ íèæíåé ðàñòèòåëüíîñòè îñíîâíûå èçìåíåíèÿ êàñàþòñÿ ýâàïîòðàíñïèðàöèè, êîòîðàÿ â öåëîì âîçðàñòàåò â ðåãèîíàõ õîëîäíûõ è áîðåàëüíûõ ýêîñèñòåì â òåïëûé ïåðèîä ãîäà íà 0, 1 − 0, 5 ìì/ñóò. ðàçäåëå 4.4ïðèâîäÿòñÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ñðåäíåãîäîâûõ çíà-÷åíèé ñòîêà êðóïíåéøèõ ìèðîâûõ ðåê. Çíà÷åíèÿ ìîäåëèðóåìîãî ñòîêà âöåëîì õîðîøî âîñïðîèçâîäÿò íàáëþäàåìûå çíà÷åíèÿ äëÿ êðóïíûõ âîäîñáîðîâ, ïëîùàäü êîòîðûõ ïðåâûøàåò 1 ìëí.

êì2 . Õîðîøåå ñîãëàñèå ñ äàííûìèíàáëþäåíèé ïîëó÷åíî äëÿ Îáè, Åíèñåÿ è Þêîíà, íåñêîëüêî õóæå îíî äëÿËåíû è Ìàêêåíçè. Äëÿ ýòèõ ðåê îáùàÿ âåëè÷èíà ñòîêà â ìîäåëè â ñëó÷àåäîèíäóñòðèàëüíîãî ðàâíîâåñíîãî ðåæèìà ñîñòàâëÿåò 1721±74 êóá. êì/ãîä,â óäîâëåòâîðèòåëüíîì ñîãëàñèè ñ äàííûìè íàáëþäåíèé (1979 êóá. êì/ãîä).Ñòîê Ìèññèñèïè ìîäåëüþ çàíèæàåòñÿ, ÷òî ñâÿçàíî ñ çàíèæåíèåì îñàäêîââ ìîäåëè â ðåãèîíå åå âîäîñáîðà. Ïðè óâåëè÷åíèè ñîäåðæàíèÿ óãëåêèñëîãîãàçà â àòìîñåðå ñòîê âîçðàñòàåò â òðîïè÷åñêèõ è ñóáòðîïè÷åñêèõ ðåãèîíàõ.  ñðåäíèõ øèðîòàõ ïðè ýòîì îòìå÷àþòñÿ êàê ðåãèîíû óâåëè÷åíèÿñòîêà, òàê è ðåãèîíû åãî óìåíüøåíèÿ.ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅÏîëó÷åíû ñëåäóþùèå îñíîâíûå ðåçóëüòàòû:• êëèìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ÈÔÀ ÀÍ äîïîëíåíà èíòåðàêòèâíîé ñõåìîéïàðàìåòðèçàöèè ïðîöåññîâ òåïëî- è âëàãîïåðåíîñà â ïî÷âå, ïîçâîëÿþùåé ðàññ÷èòûâàòü îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ãåîêðèîëèòîçîíû: ãëóáèíó ñåçîííîãî ïðîìåðçàíèÿ/ïðîòàèâàíèÿ, ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïî÷âû ïî ãóáèíå, âîäíî-ýêâèâàëåíòíóþ òîëùèíó ñíåæíîãî ïî19êðîâà, õàðàêòåðèñòèêè ãèäðîëîãè÷åñêîãî ðåæèìà (ïîâåðõíîñòíûé èïîäïîâåðõíîñòíûé ñòîê, ýâàïîòðàíñïèðàöèþ, ðàñïðåäåëåíèå âëàæíîñòè ïî÷âû), à òàêæå äèàãíîñòèðîâàòü îáðàçîâàíèå/äåãðàäàöèþ ïðèïîâåðõíîñòíîé ìåðçëîòû;• ïðîâåäåíà âåðèèêàöèÿ ìîäåëè ïðîöåññîâ â ïî÷âå ñ çàäàíèåì àòìîñåðíîãî âîçäåéñòâèÿ ïî äàííûì ðåàíàëèçà ERA40 äëÿ âòîðîé ïîëîâèíû XX âåêà äëÿ Ñåâåðíîãî ïîëóøàðèÿ.

Ïåðâûé ýòàï âåðèèêàöèè, ïðîâåäåííûé ïóòåì ñðàâíåíèÿ ðàññ÷èòàííîé ãëóáèíû ñåçîííîãîïðîòàèâàíèÿ íà ãåîêðèîëîãè÷åñêèõ ñòàöèîíàðàõ ïîêàçàë, ÷òî ìîäåëüõîðîøî âîñïðîèçâîäèò äàííûå ïî èçìåíåíèþ ýòîãî ñëîÿ çà âðåìÿ íàáëþäåíèé.• íà âòîðîì ýòàïå ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, äàííûå íàáëþäåíèé çà ñòîêîì ñ âîäîñáîðîâ êðóïåíéøèõñèáèðñêèõ ðåê, âêëþ÷àþùèõ ðåãèîíû ïðèïîâåðõíîñòíîé ìíîãîëåòíåéìåðçëîòû è ðàñ÷åòîì ñòîêà ïî èìåþùèìñÿ äàííûì îñàäêîâ è èñïàðåíèÿ äëÿ ýòèõ âîäîñáîðîâ. Ïîêàçàíî, ÷òî äåòàëüíûé ó÷åò ïðîöåññîâòåïëî è âëàãîïåðåíîñà â ìåðçëûõ ãðóíòàõ ñóùåñòâåííî ïðèáëèæàåòðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ê äàííûì íàáëþäåíèé.• äëÿ çàäàííîãî ñöåíàðèÿ èçìåíåíèÿ êëèìàòà â íåèíòåðàêòèâíûõ ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ ïîëó÷åíû îöåíêè ïåðåõîäíîé çîíû, â êîòîðîéíà ïðîòÿæåíèè XXI âåêà ðåæèì ñåçîííîãî îòòàèâàíèÿ ìîæåò ñìåíèòüñÿ ðåæèìîì ñåçîííîãî ïðîìåðçàíèÿ, à òàêæå îïðåäåëåíî ñîîòâåòñòâóþùåå ñìåùåíèå þæíîé ãðàíèöû êðèîëèòîçîíû äëÿ Åâðàçèèè Ñåâåðíîé Àìåðèêè.• ðàçðàáîòàíà ìåòîäèêà ðàñ÷åòà îñàäêè îòòàèâàíèÿ ãðóíòà ïðè äåãðàäàöèè ïðèïîâåðõíîñòíûõ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ïîðîä.

Ìàêñèìàëüíîåçíà÷åíèå âåëè÷èíû îñàäêè çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ îáúåìà îòòàèâàíèÿ ââåðõíåì ñëîå áåç ó÷åòà âûòåñíåíèÿ âëàãè äëÿ çîíû ñìåíû ðåæèìàïðîòàèâàíèÿ/ïðîìåðçàíèÿ ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 10% îò ãëóáèíû ïðîòàèâàíèÿ. Ìàêñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà îñàäêè â êîíöå XXI âåêà ìîæåòñîñòàâëÿòü äî 1,2 ì.;20• ïîêàçàíî, ÷òî â èíòåðàêòèâíûõ ðàâíîâåñíûõ ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ ÊÌ ÈÔÀ ÀÍ, äîïîëíåííàÿ ðàçðàáîòàííîé ñõåìîé ïàðàìåòðèçàöèè ïðîöåññîâ òåïëî- è âëàãîïåðåíîñà â ïî÷âå, ïðè çàäàíèè äîèíäóñòðèàëüíîãî è ñîâðåìåííîãî çíà÷åíèÿ êîíöåíòðàöèè óãëåêèñëîãî ãàçàâ àòìîñåðå õîðîøî âîñïðîèçâîäèò õàðàêòåðèñòèêè òåðìè÷åñêîãî èãèäðîëîãè÷åñêîãî ðåæèìîâ ïî÷âû, âêëþ÷àÿ òåìïåðàòóðó åå ïîâåðõíîñòè, õàðàêòåðèñòèêè ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ/ïðîìåðçàíèÿ ãðóíòà èðå÷íîé ñòîê ñ êðóïíåéøèõ âîäîñáîðîâ;• ïîêàçàíî, ÷òî íåäîîöåíêà îðãàíè÷åñêîé êîìïîíåíòû ïî÷âû ïðèâîäèò ê çàâûøåíèþ ãëóáèí ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ ìíîãîëåòíåìåðçëûõãðóíòîâ.

Ñâÿçàííîå ñ ýòèì óìåíüøåíèå ïîðèñòîñòè ïî÷âû ïðèâîäèòê îáùåìó çàâûøåíèþ ýâàïîòðàíñïèðàöèè è ðå÷íîãî ñòîêà. Ïîäîáíûéæå ýåêò ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè íåó÷åòå ñëîÿ íèæíåé ðàñòèòåëüíîñòè âðåãèîíàõ õîëîäíûõ è áîðåàëüíûõ ýêîñèñòåì;• ïîêàçàíî, ÷òî ðàâíîâåñíûé îòêëèê ïîñòðîåííîé ìîäåëè íà óäâîåíèåñîäåðæàíèÿ óãëåêèñëîãî ãàçà â àòìîñåðå õàðàêòåðèçóåòñÿ çíà÷èòåëüíûì ïîòåïëåíèåì ïîâåðõíîñòè ïî÷âû, ñîêðàùåíèåì ïëîùàäè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ è îáùèì ðîñòîì èñïàðåíèÿ ñ êîíòèíåíòîâ. å÷íîé ñòîê ïðè ýòîì óâåëè÷èâàåòñÿ â âûñîêèõøèðîòàõ è óìåíüøàåòñÿ â ñóáòðîïè÷åñêèõ.

Ýòè ðåçóëüòàòû ñîãëàñóþòñÿ ñ âûÿâëåííûìè ïî äàííûì íàáëþäåíèé äëÿ ÕÕ âåêà è ñ ðàñ÷åòàìè ñ èñïîëüçîâàíèåì ñîâðåìåííûõ êëèìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé äëÿXXI âåêàÏî òåìå äèññåðòàöèè îïóáëèêîâàíû ñëåäóþùèå ðàáîòû:1.Arzhanov M.M.,Anisimov O.A.,Demhenko P.F.,Eliseev A.V.,Mokhov I.I. Permafrost models interomparison // Researh Ativitiesin Atmospheri and Oeani Modelling. Geneva: World MeteorologialOrganization. 2004. N. 1220. P. 04.0104.02.2.Arzhanov M.M., Demhenko P.F., Eliseev A.V., Mokhov I.I.

Modellingthermal and hydrologi regime of the permafrost // Researh Ativities21in Atmospheri and Oeani Modelling. Geneva: World MeteorologialOrganization. 2006. N. 1347. P. 07.0307.04.3.Àðæàíîâ Ì.Ì. Ìîäåëèðîâàíèå òåìïåðàòóðíîãî è ãèäðîëîãè÷åñêîãî ðåæèìîâ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ // X Âñåðîññèéñêàÿ êîíåðåíöèÿìîëîäûõ ó÷åíûõ: Ñîñòàâ àòìîñåðû. Êëèìàòè÷åñêèå ýåêòû. Àòìîñåðíîå ýëåêòðè÷åñòâî. Ì.: ÌÀÊÑ Ïðåññ. 2006. Ñ.

Характеристики

Список файлов диссертации